Name: 获取肺通气的超极化 129Xe 磁共振图像 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-11-21T14:40:00.000+00:00
Duration: 9 min 8 s
Description: 学习使用超极化¹²⁹Xe磁共振成像技术评估肺功能，该技术可直接显示COPD、哮喘和囊性纤维化等阻塞性肺疾病患者的通气缺陷，为临床诊断提供超越传统肺功能测试的空间信息。

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本工作由美国国立卫生研究院（资助号：R01-CA172595-01、R01-HL132177、R01-HL167202、S10-OD018079 和 UL1-TR003015）以及西门子医疗解决方案公司资助。

A Standardized Workflow for Hyperpolarized 129Xe MRI to Study Pulmonary Function

<ol><li>Roos, J. E., McAdams, H. P., Kaushik, S. S., Driehuys, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+gas+MRI%3A+Technique+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Imaging+Clin+N+Am%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized gas MRI: Technique and applications.</a> Magn Reson Imaging Clin N Am. 23 (2), 217-229 (2015).</li>
<li>Mugler, J. P., Altes, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+129Xe+MRI+of+the+human+lung%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 129Xe MRI of the human lung.</a> J Magn Reson Imaging. 37 (2), 313-331 (2013).</li>
<li>Ebner, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+hyperpolarized+129xenon+in+MR+imaging+of+pulmonary+function%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Radiol%22%5BJournal%5D)">The role of hyperpolarized 129xenon in MR imaging of pulmonary function.</a> Eur J Radiol. 86, 343-352 (2017).</li>
<li>He, M., Driehuys, B., Que, L. G., Huang, Y. C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+hyperpolarized+129Xe+MRI+to+quantify+the+pulmonary+ventilation+distribution%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Using hyperpolarized 129Xe MRI to quantify the pulmonary ventilation distribution.</a> Acad Radiol. 23 (12), 1521-1531 (2016).</li>
<li>Walkup, L. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Xenon-129+MRI+detects+ventilation+deficits+in+paediatric+stem+cell+transplant+patients+unable+to+perform+spirometry%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+Respir+J%22%5BJournal%5D)">Xenon-129 MRI detects ventilation deficits in paediatric stem cell transplant patients unable to perform spirometry.</a> Eur Respir J. 53 (5), 1801779(2019).</li>
<li>Virgincar, R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+analysis+of+hyperpolarized+129Xe+ventilation+imaging+in+healthy+volunteers+and+subjects+with+chronic+obstructive+pulmonary+disease%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Quantitative analysis of hyperpolarized 129Xe ventilation imaging in healthy volunteers and subjects with chronic obstructive pulmonary disease.</a> NMR Biomed. 26 (4), 424-435 (2013).</li>
<li>Ebner, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+129Xenon+magnetic+resonance+imaging+to+quantify+regional+ventilation+differences+in+mild+to+moderate+Asthma%3A+A+prospective+comparison+between+semiautomated+ventilation+defect+percentage+calculation+and+pulmonary+function+tests%5BTitle%5D)+AND+%22Invest+Radiol%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 129Xenon magnetic resonance imaging to quantify regional ventilation differences in mild to moderate Asthma: A prospective comparison between semiautomated ventilation defect percentage calculation and pulmonary function tests.</a> Invest Radiol. 52 (2), 120-127 (2017).</li>
<li>Woodhouse, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+helium-3%2Fproton+magnetic+resonance+imaging+measurement+of+ventilated+lung+volumes+in+smokers+compared+to+never-smokers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Combined helium-3/proton magnetic resonance imaging measurement of ventilated lung volumes in smokers compared to never-smokers.</a> J Magn Reson Imaging. 21 (4), 365-369 (2005).</li>
<li>Mugler, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+magnetic+resonance+imaging+of+ventilation+distribution+and+gas+uptake+in+the+human+lung+using+hyperpolarized+xenon-129%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Simultaneous magnetic resonance imaging of ventilation distribution and gas uptake in the human lung using hyperpolarized xenon-129.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (50), 21707-21712 (2010).</li>
<li>Qing, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+lung+function+in+asthma+and+COPD+using+hyperpolarized+129Xe+chemical+shift+saturation+recovery+spectroscopy+and+dissolved-phase+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Assessment of lung function in asthma and COPD using hyperpolarized 129Xe chemical shift saturation recovery spectroscopy and dissolved-phase MRI.</a> NMR Biomed. 27 (12), 1490-1501 (2014).</li>
<li>Cleveland, Z. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+129Xe+MR+imaging+of+alveolar+gas+uptake+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 129Xe MR imaging of alveolar gas uptake in humans.</a> PLoS One. 5 (8), 12192(2010).</li>
<li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+hyperpolarized+129Xe+gas-exchange+MRI+to+model+the+regional+airspace%2C+membrane%2C+and+capillary+contributions+to+diffusing+capacity%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Using hyperpolarized 129Xe gas-exchange MRI to model the regional airspace, membrane, and capillary contributions to diffusing capacity.</a> J Appl Physiol. 130 (5), 1398-1409 (2021).</li>
<li>Guan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+single-breath+chemical+shift+imaging+hyperpolarized+Xe-129+MRI+of+healthy%2C+CF%2C+IPF%2C+and+COPD+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Tomography%22%5BJournal%5D)">3D single-breath chemical shift imaging hyperpolarized Xe-129 MRI of healthy, CF, IPF, and COPD subjects.</a> Tomography. 8 (5), 2574-2587 (2022).</li>
<li>Ouriadov, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lung+morphometry+using+hyperpolarized+%28129%29+Xe+apparent+diffusion+coefficient+anisotropy+in+chronic+obstructive+pulmonary+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Lung morphometry using hyperpolarized (129) Xe apparent diffusion coefficient anisotropy in chronic obstructive pulmonary disease.</a> Magn Reson Med. 70 (129), 1699-1706 (2013).</li>
<li>Yablonskiy, D. A., Sukstanskii, A. L., Quirk, J. D., Woods, J. C., Conradi, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+lung+microstructure+with+hyperpolarized+noble+gas+diffusion+MRI%3A+theoretical+models+and+experimental+results%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Probing lung microstructure with hyperpolarized noble gas diffusion MRI: theoretical models and experimental results.</a> Magn Reson Med. 71 (2), 486-505 (2014).</li>
<li>Chan, H. F., Stewart, N. J., Norquay, G., Collier, G. J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+diffusion-weighted+129+Xe+MRI+for+whole+lung+morphometry%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">3D diffusion-weighted 129 Xe MRI for whole lung morphometry.</a> Magn Reson Med. 79 (6), 2986-2995 (2018).</li>
<li>Walkup, L. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((tolerability+and+safety+of+pediatric+hyperpolarized+129Xe+magnetic+resonance+imaging+in+healthy+volunteers+and+children+with+cystic+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr+Radiol%22%5BJournal%5D)">tolerability and safety of pediatric hyperpolarized 129Xe magnetic resonance imaging in healthy volunteers and children with cystic fibrosis.</a> Pediatr Radiol. 46 (12), 1651-1662 (2016).</li>
<li>Driehuys, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+obstructive+pulmonary+disease%3A+safety+and+tolerability+of+hyperpolarized+129Xe+MR+imaging+in+healthy+volunteers+and+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Chronic obstructive pulmonary disease: safety and tolerability of hyperpolarized 129Xe MR imaging in healthy volunteers and patients.</a> Radiology. 262 (1), 279-289 (2012).</li>
<li>Myc, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterisation+of+gas+exchange+in+COPD+with+dissolved-phase+hyperpolarised+xenon-129+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Thorax%22%5BJournal%5D)">Characterisation of gas exchange in COPD with dissolved-phase hyperpolarised xenon-129 MRI.</a> Thorax. 76 (2), 178-181 (2021).</li>
<li>Kaushik, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+diffusion+limitation+with+a+perfusion-limited+gas-Hyperpolarized+129Xe+gas-transfer+spectroscopy+in+patients+with+idiopathic+pulmonary+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Measuring diffusion limitation with a perfusion-limited gas-Hyperpolarized 129Xe gas-transfer spectroscopy in patients with idiopathic pulmonary fibrosis.</a> J Appl Physiol. 117 (6), 577-585 (2014).</li>
<li>Dournes, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+clinical+use+of+lung+MRI+in+cystic+fibrosis%3A+What%2C+now%2C+how%5BTitle%5D)+AND+%22Chest%22%5BJournal%5D)">The clinical use of lung MRI in cystic fibrosis: What, now, how.</a> Chest. 159 (6), 2205-2217 (2021).</li>
<li>Thomen, R. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+129Xe+for+investigation+of+mild+cystic+fibrosis+lung+disease+in+pediatric+patients%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cyst+Fibros%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 129Xe for investigation of mild cystic fibrosis lung disease in pediatric patients.</a> J Cyst Fibros. 16 (2), 275-282 (2017).</li>
<li>Mammarappallil, J. G., Rankine, L., Wild, J. M., Driehuys, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+developments+in+imaging+idiopathic+pulmonary+fibrosis+with+hyperpolarized+xenon+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Thorac+Imaging%22%5BJournal%5D)">New developments in imaging idiopathic pulmonary fibrosis with hyperpolarized xenon magnetic resonance imaging.</a> J Thorac Imaging. 34 (2), 136-150 (2019).</li>
<li>Rankine, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((129Xenon+gas+exchange+magnetic+resonance+imaging+as+a+potential+prognostic+marker+for+progression+of+idiopathic+pulmonary+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Am+Thorac%22%5BJournal%5D)">129Xenon gas exchange magnetic resonance imaging as a potential prognostic marker for progression of idiopathic pulmonary fibrosis.</a> Ann Am Thorac. 17 (1), 121-125 (2020).</li>
<li>Mata, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+regional+lung+function+in+pulmonary+fibrosis+with+xenon-129+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Tomography%22%5BJournal%5D)">Evaluation of regional lung function in pulmonary fibrosis with xenon-129 MRI.</a> Tomography. 7 (3), 452-465 (2021).</li>
<li>Svenningsen, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+%283%29+He+and+%28129%29+Xe+MRI%3A+Differences+in+asthma+before+bronchodilation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized (3) He and (129) Xe MRI: Differences in asthma before bronchodilation.</a> J Magn Reson Imaging. 38 (3), 1521-1530 (2013).</li>
<li>Stewart, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+3He+and+129Xe+MRI+for+evaluation+of+lung+microstructure+and+ventilation+at+1.5T%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Comparison of 3He and 129Xe MRI for evaluation of lung microstructure and ventilation at 1.5T.</a> J Magn Reson Imaging. 48 (3), 632-642 (2018).</li>
<li>Hughes, P. J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+the+influence+of+lung+inflation+state+on+the+quantitative+parameters+derived+from+hyperpolarized+gas+lung+ventilation+MRI+in+healthy+volunteers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Assessment of the influence of lung inflation state on the quantitative parameters derived from hyperpolarized gas lung ventilation MRI in healthy volunteers.</a> J Appl Physiol. 126 (1), 183-192 (2019).</li>
<li>Polarean. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22FDA+Approves+Polarean%27s+XENOVIEWTM+%28xenon+Xe+129+hyperpolarized%29+for+use+with+MRI+for+the+evaluation+of+lung+ventilation%22">FDA Approves Polarean's XENOVIEWTM (xenon Xe 129 hyperpolarized) for use with MRI for the evaluation of lung ventilation</a>. , Polarean. (2022).</li>
<li>Niedbalski, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protocols+for+multi-site+trials+using+hyperpolarized+129Xe+MRI+for+imaging+of+ventilation%2C+alveolar-airspace+size%2C+and+gas+exchange%3A+A+position+paper+from+the+129Xe+MRI+clinical+trials+consortium%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Protocols for multi-site trials using hyperpolarized 129Xe MRI for imaging of ventilation, alveolar-airspace size, and gas exchange: A position paper from the 129Xe MRI clinical trials consortium.</a> Magn Reson Med. 86 (6), 2966-2986 (2021).</li>
<li>Bier, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+thermally+polarized+129+Xe+phantom+for+quality+assurance+in+multi-center+hyperpolarized+gas+MRI+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">A thermally polarized 129 Xe phantom for quality assurance in multi-center hyperpolarized gas MRI studies.</a> Magn Reson Med. 82 (5), 1961-1968 (2019).</li>
<li>He, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dose+and+pulse+sequence+considerations+for+hyperpolarized+129Xe+ventilation+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Dose and pulse sequence considerations for hyperpolarized 129Xe ventilation MRI.</a> Magn Reson Imaging. 33 (7), 877-885 (2015).</li>
<li>Tustison, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image-+versus+histogram-based+considerations+in+semantic+segmentation+of+pulmonary+hyperpolarized+gas+images%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Image- versus histogram-based considerations in semantic segmentation of pulmonary hyperpolarized gas images.</a> Magn Reson Med. 86 (5), 2822-2836 (2021).</li>
<li>Tustison, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convolutional+neural+networks+with+template-based+data+augmentation+for+functional+lung+image+quantification%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Convolutional neural networks with template-based data augmentation for functional lung image quantification.</a> Acad Radiol. 26 (3), 412-423 (2019).</li>
<li>Wild, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+between+2D+and+3D+gradient-echo+sequences+for+MRI+of+human+lung+ventilation+with+hyperpolarized+3He%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Comparison between 2D and 3D gradient-echo sequences for MRI of human lung ventilation with hyperpolarized 3He.</a> Magn Reson Med. 52 (3), 673-678 (2004).</li>
<li>Willmering, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+pulmonary+129+Xe+ventilation+imaging+via+3D-spiral+UTE+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Improved pulmonary 129 Xe ventilation imaging via 3D-spiral UTE MRI.</a> Magn Reson Med. 84 (1), 312-320 (2020).</li>
<li>Collier, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+breath-held+acquisition+of+coregistered+3D+129+Xe+lung+ventilation+and+anatomical+proton+images+of+the+human+lung+with+compressed+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Single breath-held acquisition of coregistered 3D 129 Xe lung ventilation and anatomical proton images of the human lung with compressed sensing.</a> Magn Reson Med. 82 (1), 342-347 (2019).</li>
<li>Zha, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiautomated+ventilation+defect+quantification+in+exercise-induced+bronchoconstriction+using+hyperpolarized+helium-3+magnetic+resonance+imaging%3A+a+repeatability+study%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Semiautomated ventilation defect quantification in exercise-induced bronchoconstriction using hyperpolarized helium-3 magnetic resonance imaging: a repeatability study.</a> Acad Radiol. 23 (9), 1104-1114 (2016).</li>
<li>Ray, N., Acton, S. T., Altes, T. A., de Lange, E. E., Brookeman, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Merging+parametric+active+contours+within+homogeneous+image+regions+for+MRI-based+lung+segmentation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Med+Imaging%22%5BJournal%5D)">Merging parametric active contours within homogeneous image regions for MRI-based lung segmentation.</a> IEEE Trans Med Imaging. 22 (2), 189-199 (2003).</li>
<li>Hughes, P. J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+fuzzy+c-means+thresholding+for+semiautomated+calculation+of+percentage+lung+ventilated+volume+from+hyperpolarized+gas+and+1+H+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Spatial fuzzy c-means thresholding for semiautomated calculation of percentage lung ventilated volume from hyperpolarized gas and 1 H MRI.</a> J Magn Reson Imaging. 47 (3), 640-646 (2018).</li>
<li>Tustison, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ventilation-based+segmentation+of+the+lungs+using+hyperpolarized+%283%29He+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Ventilation-based segmentation of the lungs using hyperpolarized (3)He MRI.</a> J Magn Reson Imaging. 34 (3), 831-841 (2011).</li>
<li>Kanhere, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlation+of+lung+clearance+index+with+hyperpolarized+129Xe+magnetic+resonance+imaging+in+pediatric+subjects+with+cystic+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Respir+Crit+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Correlation of lung clearance index with hyperpolarized 129Xe magnetic resonance imaging in pediatric subjects with cystic fibrosis.</a> Am J Respir Crit Care Med. 196 (8), 1073-1075 (2017).</li>
<li>Rayment, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarised+129Xe+magnetic+resonance+imaging+to+monitor+treatment+response+in+children+with+cystic+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+Respir+J%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarised 129Xe magnetic resonance imaging to monitor treatment response in children with cystic fibrosis.</a> Eur Respir J. 53 (5), 1802188(2019).</li>
</ol>

作者 J.F.M.、J.P.M. 和 Y.M.S. 参与了由 Polarean 公司资助的临床试验。作者 J.F.M. 和 Y.M.S. 为 Polarean 公司提供咨询服务（收入低于 5000 美元）。作者 J.P.M. 收到 Polarean 公司提供的科研资助。

上述通气和解剖 MRI 方法旨在保持实施简便性的同时，最大限度地提高图像质量和信噪比（SNR）——这些序列方案通常可由厂商提供的产品脉冲序列改编而来，前提是已启用多核操作功能，且图像将在扫描仪计算机上自动重建。本文所述二维方法的一个缺点是使用了层面选择性激发射频脉冲，这会导致在129Xe通气成像过程中，由于吸入的超极化129Xe在扫描期间发生T1弛豫，较早采集的层面与较晚采集的层面之间出现信号差异。另一个缺点是，129Xe通气扫描与其对应的1H解剖扫描是在不同的屏气阶段采集的，可能导致通气图像与解剖图像之间的肺部充气程度或位置存在差异。
用于三维通气成像及单次屏气成像的方法 129Xe 和 1H 的出现越来越普遍。3D 成像技术能够重建各向同性的体素（与因层面选择性二维成像在层面方向上分辨率较粗而导致的各向异性体素相比），并避免潜在的 T1驱动的 129从一个切片到下一个切片的 Xe 信...

超极化129Xe MRI 是一种用于无创、空间分辨地表征和量化肺功能特定方面的前沿工具1,2,3。采用与解剖质子MRI相似的采集和重建方法，可获得肺部吸入的129Xe图像，从而实现对非通气肺区域的可视化，并对通气分布进行区域性定量分析4,5,6,7,8。更先进的脉冲序列和分析技术可提供进一步的互补信息，包括通过波谱MRI量化肺泡与肺毛细血管之间的气体交换效率9,10,11,12,13，以及通过扩散加权MRI表征肺泡微结构的完整性14,15,16。
吸入的 129Xe 在成人和儿童受试者中已被证实安全且耐受性良好，包括患有肺部疾病的个体17,18肺功能测量源自 129氙磁共振成像（Xe MRI）已显示出对多种肺部疾病背景下结构和功能改变的敏感性，包括慢性阻塞性肺疾病6,10,19, 囊性纤维化20,21,22特发性肺纤维化23,24,25和哮喘7,10,26. 鉴于其高安全性和良好的耐受性 129Xe MRI，与其它常见成像方法相比，MRI 不具有电离辐射，且具有高重复性 129Xe MRI 结果27,28, 129氙磁共振成像（Xe MRI）具有重要意义，尤其适用于对接受慢性肺部疾病疗程治疗的个体进行精确的系列监测。
安全性和临床前景 129氙-129 MRI 已于2022年12月获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，用于12岁及以上人群的肺通气成像29鉴于此，预计能够开展此类研究和临床工作的机构数量将增加 129超极化氙磁共振成像（目前全球约有20台）在未来几年内将显著增加。 129氙磁共振成像技术向新机构推广时，必须具备可靠的方法学资源，以支持各机构建立具有临床相关性的检测方案 129Xe MRI 技术能够快速进行扫描，并生成与现有机构结果高度可比的图像。
在本研究中，我们将概述由129Xe MRI临床试验联盟（Xe MRI CTC）成员机构共同认可的人体超极化129Xe肺通气磁共振成像当前最佳实践，相关内容已总结于近期发表的一篇立场论文30。内容将涵盖专为完整的129Xe MRI工作流程设计的脉冲序列制备、超极化129Xe气体的制备与给药、优化的人体129Xe MRI检查流程，以及在MRI检查期间监测受试者安全与舒适度的最佳实践。

<table><tbody><tr><td>1.5T 或 3T 人体 MRI 扫描仪</td><td>西门子</td><td></td><td>MAGNETOM Symphony（1.5T）或 Vida（3T）；旧型号亦可，只要具备或多核选项可安装；GE 和 Philips 品牌的扫描仪也可使用</td></tr><tr><td>129Xe超极化仪</td><td>Polarean</td><td>9820</td><td></td></tr><tr><td>129Xe MRI 模体</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>129Xe MRI 背心线圈</td><td>临床磁共振解决方案</td><td></td><td>也可从其他供应商处获得</td></tr><tr><td>129Xe 极化测量站</td><td>Polarean</td><td>2881</td><td></td></tr><tr><td>1H MRI 模体</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>129Xe MRI 背心线圈的线圈文件</td><td></td><td></td><td>也可从其他供应商处获得适用于其相应线圈的产品</td></tr><tr><td>心电图机</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>氦气缓冲气体</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>线圈至扫描仪的接口盒</td><td></td><td></td><td>可集成于线圈中，若无则需单独配备</td></tr><tr><td>液氮</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MRI安全型脉搏血氧仪</td><td>飞利浦</td><td>表达 MR200</td><td></td></tr><tr><td>氮气缓冲气体</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PFT 仪器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>编程/图像分析软件</td><td>MATLAB</td><td>R2023a</td><td>其他多种选项可供选择</td></tr><tr><td>脉冲序列设计软件</td><td>西门子</td><td></td><td>IDEA 软件包；也可通过 GE 和 Philips 为其各自扫描仪提供</td></tr><tr><td>多核扫描仪选项</td><td>西门子</td><td></td><td>集成硬件/软件包的扫描仪；GE 和 Philips 也为其各自扫描仪提供相应产品</td></tr><tr><td>Tedlar 气体采样袋（500、750、1000、1250、1500 mL）</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>氙气（同位素富集129Xe）</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

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Acquiring Hyperpolarized 129Xe Magnetic Resonance Images of Lung Ventilation

超极化129Xe MRI 包含一系列独特的肺部结构与功能成像技术。鉴于美国食品药品监督管理局（FDA）近期已批准129Xe 作为磁共振对比剂，且研究机构和临床单位对129Xe MRI 的兴趣日益增加，跨机构的技术标准化变得愈发重要。129Xe MRI 临床试验联盟（Xe MRI CTC）成员已就129Xe MRI 工作流程的各个关键环节达成最佳实践共识，这些推荐意见已在近期发表的出版物中进行了总结。本工作提供了实用信息，以根据 Xe MRI CTC 的建议建立完整的肺通气129Xe MR 图像采集工作流程。本文将讨论并演示用于 MR 研究的129Xe 的制备与给药过程，具体内容包括整个研究及单次 MR 扫描所需的合适气体体积选择、单次129Xe 剂量的制备&#160;与输送，以及在研究过程中监测受试者安全性和129Xe 耐受性的最佳实践。还将涵盖关键的 MR 技术考量，包括脉冲序列类型及优化参数、129Xe 翻转角和中心频率的校准，以及129Xe MRI 肺通气图像的分析方法。

图1 显示了一名健康个体的代表性通气图像及三平面定位图像。在通气图像中，可观察到整个肺部均有较强的129Xe信号，该个体未见通气功能障碍。
图2、图3 和 图4 展示了来自患病个体的代表性通气图像和解剖图像。图2 显示了一名患有α-1抗胰蛋白酶缺乏症的个体，其严重的通气功能障碍可通过观察129Xe图像中的斑片状表现轻易识别。类似地，在 图3 中也可观察到严重的通气功能障碍，该图显示了一名患有重度囊性纤维化的个体。图4 显示了一名患有慢性阻塞性肺疾病（COPD）的个体，其较轻微的通气缺陷可通过129Xe图像识别。 ...

超极化129Xe磁共振成像（MRI）是一种用于研究肺部功能区域性特征的方法。本文介绍了一种针对肺通气的超极化129Xe MRI的端到端标准化操作流程，重点涵盖脉冲序列设计、129Xe剂量制备、扫描流程以及受试者安全监测的最佳实践。

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超极化129Xe MRI包含一系列独特的肺部结构与功能成像技术。该技术在不同机构间的标准化是……

我们的研究旨在将氙气磁共振成像（Xenon MRI）确立为一种用于表征肺功能的临床工具。氙气磁共振成像可直接可视化慢性阻塞性肺疾病（COPD）、哮喘和囊性纤维化等阻塞性肺病患者的通气缺陷，提供常规磁共振成像和肺功能测试无法获取的信息。氙气磁共振成像（Xenon MRI）最近已获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，可用于肺通气的临床评估。这凝聚了本领域众多研究人员的大量努力，也为展示氙气磁共振成像如何改善肺部疾病患者的诊疗和预后提供了令人振奋的机遇。氙气磁共振成像仍是一组相对较新的技术，其标准化工作仍在持续进行中。本方案将现有的氙气通气磁共振成像（Xenon ventilation MRI）标准简化为一种更实用的形式，旨在为首次开展此类扫描的研究机构和临床单位提供帮助。常规的肺功能评估方法（如肺功能测试）仅能提供反映整个肺部状况的单一数值，且不包含任何空间信息。而氙气MRI可对肺部健康和功能的多个方面进行区域性评估，我们相信这将在临床实践中发挥重要作用。目前仅有少数机构在开展氙气磁共振成像（Xenon MRI），但考虑到近期已获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，预计不久将会有更多机构加入。我们希望本项氙气通气磁共振成像方案可为新开展该技术的机构提供参考蓝图，并帮助它们更快地启动氙气磁共振成像工作。首先，准备一个或多个含有空气的特德拉袋（Tedlar bags），供受试者在扫描仪外进行练习。使用与受试者在实际研究中从袋中吸入的氙气和缓冲气体总体积相匹配的空气体积。准备鼻夹供受试者在屏气扫描期间佩戴。在开始屏气前，将鼻夹佩戴到受试者的鼻部。每次指导受试者时使用一个充满空气的袋子。在使用袋子前，要求受试者规律地深吸气和呼气数次。在操作过程中，观察受试者的胸部，以确认其正确执行指令。接下来，将连接到特德拉袋的管子放入受试者口中。握住袋子，使受试者能够从中吸气，并打开阀门。要求受试者吸气。然后要求受试者屏住呼吸，说：“屏住呼吸”。练习时，等待10到15秒，这大约是一次典型的氙-129扫描所需的时间。之后，要求受试者在此时呼气并恢复正常呼吸。指导受试者进行数次深呼吸，以加快肺部氙-129的清除，并更快恢复至正常的血氧饱和水平。需确认受试者能够可靠地执行指令，并考虑在预实验阶段排除无法完成该操作的受试者。开始前，确保所有进入磁共振成像（MRI）扫描室的人员已从身体或衣袋中移除所有金属和电子物品。通过将氙-129 胸部线圈插入扫描仪并将其放置在 MRI 扫描仪的检查床上，完成准备工作。根据扫描室的布局，指导受试者以仰卧位、足先进或头先进的方式躺在检查床上。根据需要在受试者头部、膝盖等部位下方放置枕头，以确保检查过程中舒适。将氙-129 胸部线圈固定在受试者胸部，同时保持线圈在头足方向上的中线尽可能接近受试者肺部在舒适充气状态下的预期中线位置。若线圈放置过低，可能导致肺部边缘区域信号不理想地减弱。在磁共振成像扫描室内的患者检查床旁设置一个磁共振兼容的脉搏血氧仪，并将脉搏血氧仪探头连接至受试者。确认脉搏血氧仪读数正确。将鼻导管插入受试者鼻腔，并连接至氧气源，以便在吸入药物剂量后根据需要使用。根据当地安全规范，以符合磁共振成像安全要求的方式，将氧气瓶和减压阀放置在受试者可及范围内。将患者检查床推进磁共振成像仪，使线圈或受试者肺部的中线与扫描仪的等中心对齐。此处显示的图像来自一项研究中的通气图像，该研究在不知情的情况下使用了电缆损坏的氙-129 背心线圈。右肺的信噪比较左肺低。此处显示的通气图像来自一项研究，该研究中氙-129 背心线圈放置位置过于偏向受试者足部。由于接收灵敏度在该区域不足，双肺肺尖处均观察到人为偏低的氙-129 信号。在完成最终的氙-129 扫描前调整并确认受试者已准备好接受氙-129 剂量后，继续进行氙-129 通气扫描。首先，从已准备好的方案中加载氙-129通气序列。确保所有脉冲序列参数均符合预期，并设置适当的扫描执行参数。根据定位图像的结果选择视野（FOV）大小及中心位置。确保成像视野（FOV）的中心在三个维度上均与肺部中心重合，且FOV足够大，能够完整容纳整个胸腔，包括双肺的全部区域。将用于通气扫描的氙-129剂量袋从极化测量工作站移至扫描室。手持或放置剂量袋于受试者附近。避免靠近磁孔开口处，该区域的磁场强度变化迅速。按照预先指导的吸入流程，协助受试者从袋子中吸入氙-129剂量。一旦听到协助受试者的人员发出“开始”信号，立即执行扫描。扫描过程中持续监测受试者。扫描结束后，使用脉搏血氧仪监测受试者的心率和血氧饱和度（SpO₂），并通过与受试者进行言语交流监测是否存在短暂的中枢神经系统效应。若未出现显著偏离基线的情况，则等待至少两分钟后，可给予第二剂氙-129。此处显示的是一名健康个体的通气图像。在这些图像中，可观察到肺部 throughout 具有高强度的氙-129 信号，该个体未表现出通气功能障碍。此图展示了一名患有α-1抗胰蛋白酶缺乏症的个体，其通气功能严重受损，通过观察氙-129 图像的斑片状表现可轻易识别。同样，从本图中可观察到囊性纤维化重度患者的严重通气功能障碍。图中所示为慢性阻塞性肺疾病患者，其通气缺陷较为轻微，但仍可察觉。

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